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天问(tiānwèn)二号主要任务目标是对(duì)小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。这是我国首次实施小行星采样返回任务，迈出了深空探测的新一步(yībù) 天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期10年左右，后续环节的(de)不确定因素对于这场漫长征程(zhēngchéng)来说是一场持续考验 文 |《瞭望》新闻周刊(xīnwénzhōukān)记者 贾雯静 5月29日1时31分，辉光照亮(zhàoliàng)夜空(yèkōng)。由中国航天科技集团所属中国运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)技术研究院抓总研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称长三乙火箭），在西昌卫星发射中心烈焰中起飞。 火箭(huǒjiàn)飞行约(yuē)18分钟后，将(jiāng)中国航天科技集团所属(suǒshǔ)中国空间技术研究院抓总(zǒng)研制的天问二号探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功，标志着我国天问二号探测任务顺利启程，为后续深空探索跑好关键“第一棒”。 自2020年中国航天日启动“天问”系列以来，这一以屈原诗句命名的(de)行星探测工程，赓续中华文明对宇宙奥秘(àomì)的追问。目前，天问一号探测器已获取珍贵火星原始(yuánshǐ)科学数据。 如今，天问二号再次踏上(tàshàng)星际探测征程，主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并(bìng)返回地球，此后再对主带彗星(huìxīng)311P开展科学探测。 国家航天局局长单忠德表示(biǎoshì)，国家航天局牵头实施天问二号任务，推动星际探测(tàncè)征程接续前进，迈出了深空探测的新一步。任务实施周期长(zhōuqīzhǎng)，风险难度大(dà)，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保了发射任务圆满成功。 我国在西昌卫星发射中心(xīchāngwèixīngfāshèzhōngxīn)用长征三号乙运载火箭，成功(chénggōng)将行星探测工程天问二号探测器发射升空（2025 年 5 月 29 日摄） 才(cái)扬摄 / 本刊 发射阶段面临(miànlín)三重挑战 天问二号任务的(de)首道难关在于发射环节。 为顺利完成发射，本次行星探测任务选用的(de)运载工具(yùnzàigōngjù)为长征三号(sānhào)甲系列运载火箭三兄弟中(zhōng)“力气最大”的长三乙火箭，该火箭于1993年获批立项，自1996年首飞成功至今，承担了多个国家重大工程任务，曾执行过嫦娥三号、嫦娥四号等探月(tànyuè)工程任务，此前已完成108次发射，是我国宇航发射次数最多的单一型号火箭。 中国航天科技集团魏远明表示，虽然已经执行了百余次(bǎiyúcì)发射任务，但此次任务是(shì)长三乙火箭首次执行地球逃逸轨道(guǐdào)发射，面临新情况新挑战。 挑战一(yī)：速度要求更快。 魏远明介绍，以往发射地球轨道范围内的(de)载荷时，火箭分离速度达第一宇宙速度每秒7.9千米即可，此速度是物体在(zài)地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动(yùndòng)所需的最小速度。 此次任务发射目标并非绕(rào)地球旋转的卫星，航天器必须完全脱离地球引力控制进入逃逸轨道(guǐdào)，火箭分离时速度(sùdù)须达到第二宇宙速度，最低要求为每秒11.2千米。 “这对(duì)火箭的运载能力、履约能力等都提出(tíchū)了更高要求。”魏远明说。 挑战二(èr)：精度要求更高。 “小行星(xiǎoxíngxīng)体积小、质量小、引力弱，捕获难度大，对火箭入轨精度要求高。”中国运载火箭技术研究院张亦朴说，此次火箭入轨速度达到每秒11.2千米的(de)同时，速度偏差不能超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则可能会造成(zàochéng)百万(bǎiwàn)公里的级差。 难点(nándiǎn)三：发射窗口更窄。 小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3运行轨道较为(jiàowéi)特殊，一方面既像其他小行星一样环绕太阳运行，且公转周期与地球相近；另一方面(lìngyìfāngmiàn)，其轨道又围绕地球运行。 这种特殊运行轨迹使它与地球(dìqiú)的相对位置和运动状态较为复杂，只有在特定(tèdìng)时间段(shíjiānduàn)内，地球、探测器和小行星才能处于相对合适的位置关系，从而确保探测器能够以更快的速度抵近小行星并实现有效探测。 经过专家团队测算，此次发射任务的窗口期仅为5月29日到31日连续3天，每天只有(zhǐyǒu)(zhǐyǒu)4分钟。加之目标小行星与(yǔ)地球的相对位置处于变化之中，只有零窗口发射最节省燃料，给型号团队带来了更(gèng)大的挑战。 多方协同、技术(jìshù)迭代　确保发射“万无一失” 早在2018年，天问二号的发射任务就“花落”长三乙火箭(huǒjiàn)。为确保其可靠、精准(jīngzhǔn)、准时跑好(hǎo)天问二号任务“第一棒”，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保火箭发射“万无一失”。 提高运载能力方面，针对长征三号甲系列运载火箭，型号团队于2020年实施运载能力与可靠性“双提升(tíshēng)”工程，完成了多条技术状态(zhuàngtài)变化的验证(yànzhèng)工作，确认(quèrèn)了箭体结构、增压输送、总装总测三大系统数十个重点关注项目，并(bìng)对总装全过程状态从严要求，针对性梳理了装配风险点并予以排除，确保产品顺利完成总装测试。该工程后，长三乙火箭地球同步转移轨道运载能力提升至(zhì)5.55吨，与天问二号探测器质量要求更贴合(tiēhé)。 确保精确入轨(rùguǐ)方面，研制团队在(zài)采用迭代制导技术的基础上，还运用了末速修正技术，在分离前实时调整火箭(huǒjiàn)的速度、姿态等，确保满足入轨精度要求。 不仅如此，研制人员(rényuán)经过多轮协调，将连续3个发射日每天一套(yītào)发射轨道程序简化为(wèi)3天共用一套程序，大大精简了发射流程，提高火箭可靠性和任务适应性。 火箭测控系统方面，西昌卫星发射中心马忠权介绍，为满足零窗口(chuāngkǒu)发射需求，团队对测控设备精度不断(bùduàn)进行调校，通过(tōngguò)测控火箭外侧的飞行(fēixíng)弹道、飞行姿态以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度等指标，了解火箭整体飞行状态。 本次测控系统还进行了全自动跟踪改造，借助AI算法让测控系统自动进行跟踪捕获(bǔhuò)，减轻操作手压力，提高跟踪性能和(hé)应急情况处理(chǔlǐ)能力。 火箭整体设计方面，马忠权说：“多年来火箭外形延续(yánxù)经典，实际上，其内部的电气、动力(dònglì)、火工(huǒgōng)等系统(xìtǒng)和装置已历经三年的迭代升级。”与此同时，型号团队对箭上关键产品优中选优、加严验收、增加测试项目，严格控制火箭技术状态变化。 此外，“长三乙(zhǎngsānyǐ)火箭还采用了通用化、系列化、组合化的设计思路，为全流程研制生产效率提速。”中国运载火箭技术研究院(yánjiūyuàn)覃艺说。 例如施行“去任务化”的设计研制(yánzhì)模式，即火箭助推器、芯(xīn)一级、芯二级、芯三级等产品都实现(shíxiàn)通用化和组批投产，提高生产效率，缩短履约周期。 再如施行批(pī)量生产管理模式，通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试并行开展，实施滚动出厂发射，实现流水线式柔性(róuxìng)作业的运载火箭批生产，达到年生产发射15发火箭的能力水平，更好应对任务需求(xūqiú)。 后续探测、采样阶段仍存不确定性(bùquèdìngxìng) 发射任务圆满成功仅仅是“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计(shèjì)任务周期10年左右，后续环节的不确定因素对于这场漫长征程来说是一场(yīchǎng)持续(chíxù)考验。”多位受访专家提到。 天问二号任务共包含发射(fāshè)段(duàn)、小行星(xiǎoxíngxīng)转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样段、返回等待段、返回转移段、再入回收(huíshōu)段、主带彗星转移段、主带彗星接近段、主带彗星交会段、主带彗星近距探测段等13个飞行阶段。 在探测阶段，任务难点主要体现在时间周期长，能源需求量大。中国航天科技集团曾福明说，小行星2016HO3距离地球1800万至4600万公里，主带彗星311P距离地球1.5亿(yì)至(yìzhì)5亿公里，距离地球远，通信存在(cúnzài)较长(jiàozhǎng)延迟。这对能源管理、智能控制以及产品的寿命、可靠性等方面都提出了较高(gāo)要求。 为应对此挑战，曾福(céngfú)明说：“本次任务创新性采用大面积圆形柔性(róuxìng)太阳翼设计，实现能源供给与轻量化的效果。” 同时，探测(tàncè)器共配置11台科学设备，将助力(zhùlì)探测器在飞行过程中对小行星和主带彗星进行光谱测量、光学成像、空间环境探测等，获取科学数据，为后续采样(cǎiyàng)环节奠定基础。 在(zài)(zài)采样(cǎiyàng)阶段(jiēduàn)，难点一方面体现在目标天体的未知特性。基于(jīyú)当前有限观测数据，人类对小行星2016HO3的形态特征，如形状、具体尺寸，表面物理状态，如物质组成等关键信息认知不足。这种不确定性对探测器自主化程度、多类型采样能力要求更高，以应对潜在的样本获取风险。 另一方面，还需要突破弱引力条件下的附着与采样难题。据了解，小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3质量较小，几乎处于(chǔyú)零重力环境，坚硬(jiānyìng)表面易造成探测器反弹，松散表面又(yòu)难以阻止探测器下陷，加之其处于高速自转状态，探测器的控制必须足够精确。因此，于有限时间内完成采样任务并将样品装进容器难度较大。“针对此，我们(wǒmen)在前期已经进行了多次地面验证(yànzhèng)，但仍然可能面临未知情况(qíngkuàng)。”中国航天科技集团陈春亮说。 在(zài)考验中积累宝贵经验和科学财富 曾福明(céngfúmíng)表示，天问二号任务面临多重考验，是我国深空(shēnkōng)探索不断深入(bùduànshēnrù)的重要实践，从中可以积累宝贵经验，不断对关键技术进行验证和创新。 这也是此次任务的(de)工程目标(mùbiāo)之一——突破弱引力天体表面取样、高精度相对自主导航与控制、小推力(tuīlì)转移轨道设计等一系列关键技术。锚定这一工程目标，天问二号(èrhào)任务在技术创新和科学产出上具有显著特点。 一方面创新小天体采样方式，除触(chúchù)碰采样方式外，天问二号任务还将根据(gēnjù)探测具体情况实施悬停采样以及附着采样。 另一方面推动智能化航天器发展，针对目标天体特性未知等难题，探测器将采用“边飞边探边(tànbiān)决策”的策略(cèlüè)，获取目标天体特性信息后，在地面策略指导下(xià)基本自主开展目标天体的精准捕获、逐步接近(jiējìn)、科学探测和样品采集。 锁定工程目标的同时，科学(kēxué)目标亦是此次任务的核心关键。天问二号任务工程副总师、中国科学院国家天文台研究员刘建军介绍，小行星是太阳系中一种(yīzhǒng)非常独特的天体，形成于太阳系早期约(yuē)45亿年前，没有经过类似于地球(dìqiú)一样的演化过程(yǎnhuàguòchéng)，基本保持原有状态，对地球和太阳系的研究均具有重要意义。 而目标小行星2016HO3是(shì)在2016年发现的地球第5颗(kē)（共7颗）准卫星，非常稀缺，在上百万个小天体中(zhōng)万里挑一，科学家对其起源也众说纷纭，加上对其形状、构成等情况了解甚少，具有很大的研究(yánjiū)价值。 “主带彗星(huìxīng)311P同样特殊，又称活跃小行星，其轨道位于(wèiyú)主带小行星上，同时具备彗星喷发的特征，也承载着重要的科学探索意义(yìyì)。”天问二号任务地面应用系统(xìtǒng)总师、中国科学院国家天文台研究员苏彦说。 因此，天问二号(èrhào)探测任务的科学目标聚焦于测定(cèdìng)小行星(xiǎoxíngxīng)和(hé)主带彗星的多项物理参数。一是测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研究；二是开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分(zǔfèn)、内部结构以及可能的喷发物等研究；三是(sānshì)开展样品的实验室分析研究，测定样品物理性质、化学与矿物成分，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。 深空探测道阻且长，航天事业发展任重道远，单忠德表示，期待天问二号按计划完成各项(gèxiàng)探测任务，取得更(gèng)多原创(yuánchuàng)科学成果，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知。■